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第二章 细胞工程
第3节 胚胎工程
第2课时 胚胎工程技术及其应用
选必三 P60
授课教师：XXX
一头良种成年奶牛需3万---5万元，一头牛一胎只产一头牛犊，一生只生育4、5次。牛的自然繁殖的速度太慢，不能满足生产需要。牛的生育率虽然很低，但是一头母牛一生排出的卵细胞约200个左右，卵巢中卵母细胞数量是它的1000倍（20万）；公牛平均每次射精5ml,精子数50亿。
那如何实现良种牛快速繁殖呢
母牛其实是有很强的生殖潜能的，只是没有激发出来。
创设情境
1、“试管牛”是怎么回事？
2、“试管牛”是应用哪些技术生产的？
1982年世界首例“试管牛” 犊问世
创设情境
胚胎工程技术
（二） 胚胎移植
（三） 胚胎分割
（一） 体外受精
2.3.2 胚胎工程技术及其应用
试管动物:
是指通过人工操作使卵子在体外受精，经培养发育为早期胚胎后，再进行移植产生的个体。
个体
精子
卵子
受精卵
体外受精
早期胚胎
子宫
胚胎移植
早期胚胎发育
一、体外受精
1. 主要步骤：
体外受精技术主要包括_________________、_____________和_______。
卵母细胞的采集
受精
精子的获取
2. 基本原理：
人工模拟体内环境，包括营养、温度、pH等，使卵母细胞成熟，同时使精子获能，最终完成受精作用，并有计划地保存胚胎等。
3. 具体过程：
（1）卵母细胞的采集和培养
法①：实验动物以及家畜猪、羊等：用______________处理，使其排出更多的卵子(超数排卵)，然后从输卵管中冲取卵子，直接与获能的精子在体外受精。
促性腺激素
一、体外受精
3. 具体过程：
（1）卵母细胞的采集和培养
法二：大家畜或大型动物等：从刚被屠宰的母畜的________中采集卵母细胞或借助超声波探测仪、内窥镜或腹腔镜等直接从活体动物的________中吸取,然后在体外进行人工培养成熟后（到__________期）,才能与获能精子受精。
卵巢
卵巢
MⅡ (中)
B超活采仪
卵巢
M Ⅱ 期卵母细胞
成熟培养
卵母细胞的成熟培养：CO2培养箱
方法 场所 是否培养
小型动物
大型动物
输卵管
卵巢
借助超声波探测仪、内窥镜或腹腔镜
否，直接与获能的精子受精
是，需培养至
MⅡ(中)期
注射促性腺激素
一、体外受精
3. 具体过程：
（1）卵母细胞的采集和培养
活体采集的牛卵母细胞
牛卵母细胞
牛卵巢
一、体外受精
3. 具体过程：
(2)精子的采集和获能
精子在进行体外受精前需要精子获能处理。
体外精子获能的方法：
①培养法：放入人工配制的获能液中
②化学诱导法：放在一定浓度的肝素或Ca2+载体的A23187溶液中
获能精子
精子离心处理
新鲜或解冻的精液
(精液可以冷冻保存)
获能处理
精子离心处理的目的？
去除精清/浆中的抑制获能的物质。
一、体外受精
3. 具体过程：
(3)体外受精
M Ⅱ(中)期
卵母细胞
体外受精
获能精子
适当的培养液
受精卵培养
将________________和_________________置于适当的培养液(获能液或专用的受精溶液)中共同培养一段时间，来促使它们完成受精。
获能的精子
MⅡ(中)期卵母细胞
动物细胞培养：CO2培养箱
1.起保温作用，使温度控制在合适范围内。
2.作为缓冲液，维持PH值。
3.促进细胞分裂，促进呼吸作用。
作用：
4. 意义：
体外受精技术是提高动物繁殖能力的有效措施，还可以为胚胎移植提供可用的胚胎。
精子和卵子在体外受精后，应将受精卵移入发育培养液中继续培养，以检查受精状况和受精卵的发育能力。
【拓展】体外胚胎的早期培养
两盐：无机盐、有机盐
两酸：氨基酸、核苷酸
两素：维生素、激素
动物血清
葡萄糖、氨基酸、促生长因子、
无机盐、微量元素、动物血清等
动物细胞培养液成分：
发育培养液成分：
获能液：
受精溶液：
发育培养液：
①用培养法使精子获能；
②在获能溶液中完成受精作用；
是专门的，精子、卵子完成受精的溶液；
是进行早期胚胎培养的；
【拓展】
比较自然受精、人工授精和体外受精
项　目 自然受精 人工授精 体外受精
不 同 点 过程 不同 雌雄动物交配完成 用人工的方法将公畜的精液注入母畜生殖道内,完成受精 人工获取精子、卵母细胞，在体外分别经处理后完成受精过程
场所 不同 雌性动物的输卵管中 雌性动物输卵管中 体外培养液(获能液或受精溶液)中
相同点 ①精子获能、卵子成熟后方能完成受精过程;②都是有性生殖 【拓展】
二、胚胎移植
1. 概念：
胚胎移植是指将通过体外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同种的、生理状态相同的雌性动物体内，使之继续发育为新个体的技术。
胚胎培养发育到适宜阶段时，可将其取出向受体移植或冷冻保存。
（2）供体和受体
供体：
提供胚胎的个体
选择标准：
遗传性状优良，生产能力强
职能：
产生具有优良遗传特性的胚胎
受体：
接受胚胎的个体
选择标准：
职能：
有健康体质和正常繁殖能力
承担繁重而漫长的妊娠和育仔任务
（1）胚胎来源：
体外受精(有性生殖)及其他方式得到的胚胎
体内受精(有性生殖)、转基因技术、动物细胞核移植技术(无性生殖)等
选必三 P62
3. 胚胎移植的基本程序：
1、供、受体的选择和处理
2、配种或人工受精
3、胚胎的收集、检查、培养或保存
4、胚胎的移植及移植后的检查等
二、胚胎移植
2. 实质：
生产胚胎的供体和孕育胚胎的受体共同繁殖后代/早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。
选必三 P62思考讨论T4
优良供体母牛
优良公牛
（遗传性状优良，生产能力强）
受体母牛
（有健康体质和正常繁殖能力）
具有优良性状的后代
进行同期发情处理
(促性腺激素/雌性激素)
超数排卵
(促性腺激素)
受体发情
发情配种或人工受精
移植胚胎
收集胚胎并检查
对受体进行妊娠检查
（以牛的胚胎移植为例）
正常繁殖或两三个月后进行另一次移植
二、胚胎移植
4. 过程：
把胚胎从输卵管冲出
二、胚胎移植
5.意义：
(1)可充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力，大大缩短了供体本身的繁殖周期
对供体施行__________处理后，可获得多枚胚胎，经移植可得到多个后代，使供体生产下的后代数量是自然繁殖的十几倍到几十倍
超数排卵
(2)胚胎移植作为胚胎工程的最终技术环节，还将推动胚胎工程其他技术的研究和应用。
⑴加速育种工作和品种改良；
⑵大量节省购买种畜的费用；
⑶一胎多产；
⑷保存品种资源和濒危物种；
⑸可充分发挥优秀个体的繁殖潜能缩短繁殖周期，增加一生繁殖的后代数量。
结合图2-23，思考与讨论以下问题。
选必三 P62
思考·讨论：胚胎移植的生理学基础
1．将检验合格的胚胎移植到任何一个受体的子宫内，胚胎都能正常发育吗？如果不能，在胚胎移植前应该对受体进行怎样的处理？
2. 受体会不会对来自供体的胚胎发生免疫排斥反应
不一定；
一般情况下检查合格的胚胎需要移植到同种的、生理状况相同的受体子宫内，胚胎才能继续发育。
在胚胎移植前应该对受体进行同期发情处理，使供体和受体生殖器的生理变化同步，目的是为供体的胚胎移入受体提供相同的生理环境。
受体对来自供体的胚胎基本上不发生免疫排斥反应。
结合图2-23，思考与讨论以下问题。
选必三 P62
思考·讨论：胚胎移植的生理学基础
3. 胚胎移植后，经受体孕育的后代，其遗传特性与供体还是受体保持一致 为什么 其性别与供体一致吗？
4. 胚胎移植实质上是早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。你认为这样的概括正确吗 为什么
胚胎移植后，经受体孕育的后代的遗传特性与供体保持一致。因为供体胚胎与受体子宫建立的仅是生理和组织上的联系，其遗传物质在孕育过程中一般不会发生任何变化。后代的性别与父本提供的精子有关。
正确；
胚胎移植的成功率与供体、受体生理环境的一致性密切相关，只有供体、受体生理环境高度一致，移入受体的胚胎才能被接受，并继续发育
6. 胚胎移植的主要生理学基础
（1）哺乳动物发情排卵后，生殖器官变化相同。
（2）胚胎形成后呈游离状态，有利于胚胎收集。
（3）无免疫排斥反应。
（4）供体胚胎与受体子宫可建立正常生理和组织联系，遗传特性不受影响。
二、胚胎移植
①该过程中两次使用促性腺激素，
第一次对受、供体进行同期发情处理；
第二次用于供体的超数排卵。
②该过程中的两次检查：
第一次对收集的胚胎进行检查；
第二次对受体母牛是否妊娠进行检查。
③产下的犊牛性状取决于所用公牛和供体牛，
性别取决于公牛提供何种类型的精子。
【小结】
三、胚胎分割
1. 概念：
采用机械方法将早期胚胎切割成2等份、4等份或8等份等，经移植获得同卵双胎或多胎的技术
无性繁殖（克隆）
发育良好的、形态正常的桑葚胚或囊胚
2. 繁殖方式：
3. 主要仪器设备：
分割工具：
体视显微镜、显微操作仪
分割针或分割刀
4. 适合分割的胚胎：
分割囊胚时，要将内细胞团______分割
5. 注意事项：
均等
直接移植给受体或经体外培养后，再移植给受体
6. 分割后胚胎去向：
体视显微镜
显微操作仪
三、胚胎分割
7. 过程：
囊胚腔
透明带
滋养层
内细胞团
分割针
分割针
做DNA分析，鉴定性别
二分胚
内细胞团
胚胎移植
盛有操作液的培养皿中，在显微镜下分割
已知性别胚胎
牛胚胎性别鉴定和分割示意图
胚胎分割动态演示
三、胚胎分割
8. 优点：
①可以促进优良动物品种的繁殖
②产生的遗传性状相同的后代是进行遗传学研究的宝贵材料
③在胚胎移植前，进行性别鉴定、遗传病筛查等，对于人工控制动物性别、动物繁育健康后代有重要意义
实践证明，采用胚胎分割技术产生同卵多胎的可能性是有限的，分割次数越多，分割后胚胎成活的概率越小，目前仍然以二分胚胎的分割和移植效率最高。另外，还存在刚出生动物体重偏低，毛色、斑纹可能存在差异等问题。
9. 局限性
选必三 P63资料卡
手术法移胚
已配种母牛，在右肋部切口，找到非排卵侧子宫角，再把吸有胚胎的注射器或移卵管刺入子宫角前端，注人胚胎；未配母牛在每侧子宫角各注入一个胚胎；然后将子宫复位，缝合切口。
非手术法移胚
在发情后第六至第九天(即胚泡阶段)进行，过早移植会影响受胎率。采用胚胎移植枪和0.25毫升细管移植的效果较好。将细管截去适量，吸入少许保存液，吸一个气泡，然后吸人含胚胎的少许保存液，吸人一个气泡，最后再吸取少许保存液。将装有胚胎的吸管装入移植枪内，通过子宫颈插入子宫角深部，注入胚胎。
【拓展】
随堂练习
表现型不同的母牛生育出基因型完全相同的小牛，产生这一结果最可能的原因是（ ）
A.试管动物培养 B.胚胎的移植 C.胚胎的分割移植 D.受精卵的移植
C
一、概念检测
1．体外受精和胚胎移植都是在医学和农业生产上应用较多的胚胎工程技术。判断下列相关表述是否正确。
（1）采集来的卵母细胞和精子可以直接用于体外受精。（ ）
（2）经胚胎移植产生的后代，其遗传特性与受体保持一致。（ ）
（3）进行胚胎移植前，要对供体和受体进行免疫检查，以防止发生免疫排斥反应。（ ）
练习与应用 （书本P64）
×
×
×
2．杜泊羊以其生长速度快、肉质好等优点，成为受广大消费者喜欢的绵羊品种。科研工作者通过胚胎工程快速繁殖杜泊羊的流程如下图所示。
练习与应用 （书本P64）
体外胚胎培养
胚胎移植
（2）为了获得数量较多的卵母细胞，可以对雌性杜泊羊进行怎样的处理？
（3）在进行体外受精操作之前，还要对获得的卵母细胞和精子进行怎样的处理？
（1）请将图中括号内的内容补充完整。
二、拓展应用
北方白犀牛曾经广泛分布于非洲中部等地，但由于猖獗的盗猎和自然栖息地的丧失，它们的数量不断减少。2018年3月，世界上最后一头雄
性北方白犀牛死亡，该物种仅剩下两头雌性。在此之前，研究人员设法保存了北方白犀牛的精子。请回答下列问题。
（1）我们可以使用哪些现代生物技术来人工繁育北方白犀牛？运用这些技术一定能繁育成功吗？请说出你的理由。
可以使用人工授精、体外受精、胚胎移植、体细胞核移植等技术来人工繁育北方白犀牛。运用这些技术不一定能成功繁育北方白犀牛，因为任何一项技术都不能保证百分之百的成功率，何况现存的北方白犀牛数量极少。
二、拓展应用
北方白犀牛曾经广泛分布于非洲中部等地，但由于猖獗的盗猎和自然栖息地的丧失，它们的数量不断减少。2018年3月，世界上最后一头雄
性北方白犀牛死亡，该物种仅剩下两头雌性。在此之前，研究人员设法保存了北方白犀牛的精子。请回答下列问题。
（2）如果繁育成功，这样人工繁育的种群与野生种群相比，有什么区别？
（3）如果繁育不成功，这一物种将永远从地球上消失，从中我们能得到怎样的教训？
（2）这样人工繁育的种群与野生种群相比，遗传多样性会降低，野外生存能力也会下降。
（3）多种多样的生物是生态系统的重要组成部分，是一个个独特的基因库。任何一个物种的灭绝都可能产生多米诺效应，使其他相关物种受到影响，进而威胁到生态系统的平衡与稳定。保护濒危的野生动物，保护生物多样性刻不容缓。
复习与提高 （书本P66）
1. （1）植物组织培养技术 白菜和甘蓝杂交产生的子代没有同源染色体，进行减数分裂时
联会发生紊乱，不能形成正常的配子，所以该子代一般不可育。
（2）B 淋巴细胞 能大量增殖并能产生抗丙肝病毒的抗体。
（3）减数分裂Ⅱ中期（M Ⅱ期） 获能处理。
2. 本题看似是从几个选项中选择一个即可，其实并不是如此简单。出题的目的是考查批判性思维最后阶段的技能，即作出决策。有研究者认为，批判性思维的目标是作出明智的决定、得出正确的结论。在作出决策时，决策者掌握的资料应该正确、完整，决策者要能提出替代方案。所以，在解答类似的习题时，需要引导学生思考：这些信息够你作决定用吗？如果不够用，你认为还需要补充什么信息？哪些信息是你作决定时参考的关键信息？你作决定时，考虑备选方案了吗 题干中列出的五条信息指明的方向，都有研究者在研究，也都有提高青蒿素类药物产量的可能性。每个学生都有自己的思考和见解，应该让他们结合自己的理解或者假设的其他条件来进行判断和选择。
复习与提高 （书本P66）
3. （1）诱导细胞融合。
（2）这两种物质都是通过改变组蛋白的表观遗传修饰来调控基因表达。组蛋白去甲基化酶 Kdm4d 的 mRNA 可以表达组蛋白去甲基化酶，该酶能降低组蛋白的甲基化水平；组蛋白脱乙酰酶抑制剂 TSA 可以抑制组蛋白脱乙酰酶的作用，提高组蛋白的乙酰化水平。
（3）“聪明的化学方法”是指对重构胚的处理用了 TSA 以及将组蛋白去甲基化酶 Kdm4d的 mRNA 注人了重构胚，这可以促进囊胚的发育和提高代孕母猴的妊娠率。“操作技巧”是指科学家经过大量的训练，能在 10 s 内完成对卵母细胞的去核操作，能在 15 s 内将体细胞注入去核的卵母细胞，这样迅速的操作大大减少了对卵母细胞的损伤。
复习与提高 （书本P66）
（4）在医学研究中通常需要用到遗传背景相同或相似的实验动物，这样实验组和对照组的比较才有说服力。小鼠因其能快速地进行近亲繁殖，产生大量遗传背景相似的后代，被广泛用作实验动物。但是小鼠与人的亲缘关系太远，很多在小鼠体内有效的候选药物，用在人身上不一定有效，或有很大的副作用；在小鼠体内存在的致病机制也不一定存在于人体内。猴与人的亲缘关系极近，培育大批具有相同遗传背景的克隆猴，对人类疾病致病机制的研究和新药的研发等具有重要意义。特别是在脑研究方面，克隆猴的培育将大大促进人类脑疾病的研究和治疗。例如，我们可以培育一批“模型猴”，标记它们的某一类神经元，追踪其神经连接，由于这些猴的遗传背景一致，所以在研究中可以最大限度排除由基因差异造成的大脑结构形状不一的问题。克隆猴的成功培育标志着我国在非人灵长类疾病动物模型的研究处于国际领先水平。（其他合理答案均可）。

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